Типы подземных вод
По условиям залегания и распространения в разрезе верхней части земной коры, а также по гидравлическим характеристикам подземные воды подразделяются на почвенные воды, верховодки, фунтовые и межпластовые (рис. 16.2).
Почвенные воды приурочены к почвенному слою, расположенному в зоне аэрации. Они не имеют водоупорного слоя, поэтому находятся в порах и капиллярах почвы как бы в «подвешенном» состоянии. В случае чрезмерного разрыхления и измельчения почвы часть капиллярной почвенной влаги переходит в физически связанную воду. Характерными свойствами почвенных вод являются их сезонный характер, резкие сезонные колебания температуры, наличие микроорганизмов и органических веществ, вследствие чего они имеют желтовато-бурый цвет и гнилостный запах.
В засушливых районах почвенные воды нередко соленые. При испарении вод содержащиеся в растворе соли (сульфаты Mg, Ca, Na; хлориды Na и др.) кристаллизуются, накапливаясь в почве, превращая ее в солончак. При избыточном увлажнении происходит заболачивание почв.
Верховодка образуется в зонах аэрации в самых верхних слоях земной коры в результате инфильтрации атмосферных осадков и имеет ограниченное распространение. Характеризуется она крайне неустойчивым режимом, появляется, главным образом, в периоды дождей и усиленной инфильтрации и исчезает с наступлением засухи.
Залегает верховодка на линзах водонепроницаемых пород среди водопроницаемых (см. рис. 16.2). Линзы могут быть сложены моренными суглинками среди песчаных водно-ледниковых отложений или глинами среди аллювиальных песчаных образований. Мощность верховодки незначительна, редко превышает 1,0—2,0 м. Heсмотря на линзовидный характер залегания и небольшую мощность, верховодка имеет практическое значение в пустынных и полупустынных областях. В этих районах постоянные горизонты подземных вод залегают сравнительно глубоко, поэтому многие колодцы прокопаны до верховодки, которая осенью и весною является основным источником водоснабжения.
Грунтовые воды расположены ниже зоны аэрации на первом от поверхности водопроницаемом слое, подстилающимся первым от поверхности водоупорным слоем (см. рис. 16.2). Порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом или слоем. Водоносный слой может быть сложен пористыми, трещиноватыми или закарстованными породами. Питаются фунтовые воды на протяжении всего водоносного горизонта за счет инфильтрации и конденсации атмосферных осадков. Поверхность фунтовых вод называется зеркалом, или уровнем грунтовых вод. Расстояние по вертикали от зеркала до водоупорного ложа определяет мощность водоносного горизонта. Уровень и количество фунтовых вод зависят от климатических условий и количества атмосферных осадков и постоянно колеблются. Поэтому в разрезе от поверхности Земли до водоупорного ложа выделяются три зоны: зона аэрации; зона периодического водонасыщения, располагающаяся между минимальным и максимальным уровнями подземных вод; зона постоянного водонасыщения между минимальным уровнем фунтовых вод и водоупорным ложем (рис. 16.3).
Грунтовые воды движутся, подчиняясь силе тяжести, в сторону понижений рельефа, где происходит их разгрузка в виде нисходящих источников. Эти понижения — овраги, реки, моря — называются областями разгрузки или областями дренирования (от франц. дренаж — сток). Поэтому зеркало грунтовых вод всегда почти повторяет уклоны рельефа. На режим грунтовых вод существенное влияние оказывают взаимоотношения с водоемами, которые определяются соотношением уровней поверхностных и подземных вод. В зависимости от положения водоносного слоя в сухое время года фунтовые воды могут стекать свободно в открытые водоемы, а в половодье, при подъеме уровня водоема, происходит подпор фунтовых вод и пополнение их запасов за счет вод водоема. Скорость движения фунтовых вод невелика: в крупных галечниках и сильнотрещиноватых породах она не превышает 100 м/сут, в крупнозернистых песках падает до 15—20 м/сут, в мелкозернистых песках — до 1—5 м/сут. В слабоводопроницаемых породах для прохождения нескольких сантиметров воде требуются месяцы.
Грунтовые воды не обладают напором. В колодцах и буровых скважинах, вскрывающих фунтовые воды, вода не поднимается. При интенсивном отборе вода не успевает подтекать в колодец из соседних участков водоносного горизонта, уровень фунтовых вод в нем падает и образуется депрессионная воронка. Режим фунтовых вод имеет важное значение при решении целого ряда хозяйственных задач: водоснабжении населенных пунктов, строительстве различных сооружений: жилых и промышленных зданий, плотин, водохранилищ и др.
Межпластовые воды — это воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами. По условиям залегания они могут быть безнапорные и напорные. Межпластовые безнапорные воды встречаются сравнительно редко на приподнятых междуречных массивах в условиях расчлененного рельефа выше базиса эрозии данной местности и выходят в виде нисходящих источников в береговых склонах оврагов, рек и других поверхностных водоемов.
Межпластовые напорные воды — это воды водоносных горизонтов, перекрытых и подстилаемых водоупорами. Они обладают гидростатическим напором, обусловленным разностью гипсометрических отметок уровней области питания и области разфузки (дренажа).
Область питания — место выхода водоносного пласта на поверхность, сквозь которое атмосферная влага проникает вглубь и полностью насыщает пласт. Она расположена на наивысших гипсометрических отметках. Двигаясь по пласту, вода достигает других участков выхода пласта на поверхность и на более низких абсолютных отметках самоизливается, образуя восходящие источники. Это область разгрузки (дренажа). Прямая линия, соединяющая области питания и разгрузки, называется линией пьезометрического уровня, определяющей высоту подъема напорных вод (рис. 16.4). Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называется напором. В зависимости от рельефа и высотного положения областей питания и разгрузки в центральной наиболее прогнутой части бассейна создаются условия, благоприятные для образования напора, т. е. самопроизвольного излияния воды под большим давлением. Эта область называется областью напора. Если пробурить скважину в области напора, гипсометрическая отметка устья которой расположена ниже пьезометрического уровня, вода будет фонтанировать, поднимаясь на высоту этого уровня. Такие напорные воды получили название артезианских по месту их первоначального нахождения в XII в. во французской провинции Артус (древнее название Артезии).
Наиболее благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в отрицательных структурах земной коры или при моноклинальном залегании пород (от греч. моно — один, клино — склоняю). По этому признаку выделяются артезианские бассейны и артезианские склоны. Совокупность артезианских водоносных горизонтов в синеклизах, молодых прогибах, формирует артезианский бассейн. В артезианских бассейнах область питания располагается рядом с областью напора, а далее по направлению подземного стока находится область разгрузки.
Размеры артезианских бассейнов колеблются от сотен до сотен тысяч квадратных километров. Такие бассейны обладают колоссальными запасами вод, которые широко используются для разных нужд. Особенно большими размерами отличаются артезианские бассейны в России — Западно-Сибирский, Московский, Днепрово-Донецкий, Прикаспийский и др. Небольшие артезианские бассейны образуются в горных складчатых областях — бассейны предгорных и межгорных равнин, например, в Закавказье и Средней Азии.
В разрезе артезианских бассейнов выделяются три гидродинамические зоны с различным химическим составом подземных вод.
Первая — верхняя — зона характеризуется активным водообменом с поверхностью и интенсивным устойчивым стоком подземных вод, направленным в сторону речной сети.
Воды этой зоны обычно пресные или слабоминерализованные гидрокарбонатного типа образуются за счет инфильтрации атмосферных осадков и процессов выщелачивания горных пород.
Вторая — средняя — зона замедленного водообмена залегает примерно на глубинах ниже активного дренирования подземных вод речной сетью. Связь их с поверхностью затруднена, и поэтому ухудшается питание за счет инфильтрации атмосферных осадков. Зона отличается замедленным стоком подземных вод, неблагоприятными условиями водообновления ресурсов и повышенной минерализацией вод (до 10—20 г/л) сульфатно-гидрокарбонатного состава.
Третья — нижняя — зона весьма замедленного водообмена залегает на глубине более 800—1000 м и характеризуется следующими особенностями: направленность движения вод определяется глубокозалегающим региональным базисом стока (море, океан) или тектоническими разломами глубокого заложения; скорость движения подземных вод очень мала — 0,05—0,1, реже 0,2 м в год; условия для пополнения резервов практически отсутствуют; воды отличаются высокой минерализацией (250—350 г/л и более), преимущественно хлоридно-кальциевым составом. Воды этой зоны обязаны своим образованием водам древних морских бассейнов, находившихся в различные геологические эпохи на территории современного артезианского бассейна. Впервые на гидродинамическую зональность, увеличение минерализации подземных вод и снижение их подвижности с глубиной указал В.И. Вернадский.
Примером резервуара подземных вод разнообразного состава и минерализации является Ангаро-Ленский артезианский бассейн Иркутского амфитеатра. В краевой части бассейна, где на поверхность выходят карбонатные породы нижнего кембрия, повсеместно распространены пресные трещинно-карстовые воды. Для этой части свойствен наивысший модуль подземного стока (5—10 л/(с см2)) и обилие крупнодебитных (0,5—10 м3/с) источников. По мере погружения пород растет минерализация воды и меняется ее состав: пресные гидрокарбонатные воды сменяются солеными сульфатными и хлоридными. Последние с глубиной переходят в рассолы, которые в соленосной и подсоленосной толще приобретают хлоридный кальциевый состав и минерализацию 500—600 г/л.
Структура артезианского склона образуется при моноклинальном залегании пород, когда склон наклонен в одну сторону и водопроницаемые слои по падению сменяются водоупорами (рис. 16.5). В артезианском склоне область разгрузки находится рядом с областью питания, а область напора — в стороне на более низких отметках. При моноклинальном залегании пород вода из области питания перемещается по падению слоя и, замкнутая на границе водоупором, приобретает гидростатический напор.
Источник
Основание под фундамент
Подземные воды
Подземные воды
Подземные воды
Подземные воды образуются в следствии просачивания вод через грунт с поверхности земли и атмосферных осадков.
Структура и состав горных пород, чередование водопроницаемых и водоупорных пород в земной коре создают условия для скопления вод в толще водопроницаемых горных пород, залегающих на непропускающих воду слоях (водоупорах). В этих условиях на различных глубинах от поверхности земли формируются водоносные слои, или водоносные горизонты, под которыми понимают насыщенные водой водопроницаемые слои горных пород. Вода может заполнять не всю толщу водопроницаемого слоя породы, а лишь до определенной поверхности.
Если при вскрытии водоносного горизонта шурфом или скважиной вода в них устанавливается на том же уровне, на котором она находится в породе, то эта уровненная поверхность является свободной (безнапорной) и носит название зеркала или уровня подземных вод.
Свободная поверхность подземных вод не может быть идеально ровной. Над ней поднимаются капиллярные воды, увлажняющие до некоторой высоты вышерасположенный слой водоносной породы, называемый капиллярной каймой, которая гидравлически связана со всей остальной водной массой водоносного слоя и испытывает такие же колебания, как и уровень подземной воды. Высота капиллярной каймы над зеркалом подземных вод зависит от свойств водоносной породы и меняется в широких пределах: от нескольких сантиметров в грубозернистых песках до 4 м и более в суглинистых породах. Расстояние по вертикали от водоупорного ложа до зеркала подземных вод называется мощностью водоносного слоя.
При вскрытии водоносного пласта, перекрытого сверху водоупорной породой, уровень в скважине может установиться выше нижней поверхности водоупорного пласта. В этом случае воды, заполняющие водопроницаемую породу, находятся под гидростатическим напором, а водоносный горизонт называется напорным водоносным горизонтом .
Чем ближе подземные воды залегают к поверхности, тем значительнее они подвергаются воздействию климатических факторов и тем интенсивнее водообмен между подземными, почвенными и поверхностными водами.
Классификация подземных вод
Подземные воды бывают безнапорные и напорные (артезианские). Относительно поверхности земли до уровня залегания водоносного горизонта различают следующие виды подземных вод:
Вода в почве
Вода в почве почти всегда находится в связанном состоянии. Она удерживается на поверхности почвенных частиц и перемещается в почве под влиянием молекулярных и капиллярных сил. В местах избыточного увлажнения в почве может находиться и свободная, просачивающаяся гравитационная вода. Встретив на своем пути водоупорный или относительно водоупорный слой в пределах почвенного разреза или в подпочвенном слое ниже границы корнеобитаемого слоя, вода накапливается, заполняет поровое пространство вышележащего слоя и образует так называемый горизонт гравитационной подпертой влаги. Если эти воды находятся целиком в почвенном слое и не имеют гидравлической связи с нижерасположенными грунтовыми водами, они называются почвенными. Если эти воды гидравлически связаны с грунтовыми водами, они называются почвенно-грунтовыми. Иногда почвенные и почвенно-грунтовые воды называют верховодкой.
Почвенные воды, так же как и грунтовые, способны передавать гидростатическое давление и стекать по уклону водоупорного слоя (внутрипочвенный сток).
Почвенные воды почти всегда являются временными. В теплую часть года, особенно в период вегетации, вода из почвы интенсивно расходуется при испарении и главным образом на транспирацию растениями.
Грунтовые и межпластовые безнапорные воды
Грунтовыми водами называют свободные гравитационные воды водоносного горизонта, залегающего на первом водоупорном слое. Воды, залегающие в водопроницаемой толще пород, заключенной между двумя водоупорными слоями, называют межпластовыми. Верхний водоупорный слой в этом случае называется водоупорной кровлей, а нижний — водоупорным ложем. Грунтовые воды имеют обычно свободную уровненную поверхность (давление на этой поверхности равно атмосферному). Свободную поверхность имеют и межпластовые воды, в том случае, если они безнапорные или если водоносная порода насыщена водой не полностью.
Скопления подземных вод отмечаются как в рыхлых обломочных породах, так и в трещиноватых массивных изверженных или сильно метаморфизированных осадочных породах. Пластовые воды обычно равномерно распределены по всему пласту и движение их осуществляется по мелким порам и пустотам между зернами, слагающими породу. Трещинно-жильные воды распространены и движутся в трещинах и крупных пустотах.
Площадь распространения грунтовых вод, за редким исключением, совпадает с площадью их питания, т. е. с областью, в пределах которой воды атмосферных осадков проникают в почву и грунт и могут пополнять запасы грунтовых вод. Площадь распространения межпластовых вод не совпадает с областью их питания. Основные области питания этих вод — выходы водоносной породы на земную поверхность. В естественных условиях зеркало грунтовых вод представляет собой обычно не горизонтальную поверхность, а волнистую и весьма часто в сглаженной форме повторяет наземный рельеф.
Глубина залегания грунтовых вод может быть различной: от десятков метров до 1-2 м.
Грунтовые воды — это неглубоко залегающие безнапорные и с местным напором подземные воды в водоносных пластах, дренируемых реками или вскрываемых эрозионной сетью и понижениями рельефа.
Напорные воды
Воды, насыщающие водопроницаемый слой, заключенный между водоупорными породами, и обладающие гидростатическим напором, называются напорными, или артезианскими, подземными водами. Напорные воды обычно приурочены к геологическим структурам осадочных пород при соответствующем напластовании водопроницаемых и водоупорных слоев или к сложной системе тектонических трещин и сбросов.
Геологическая структура, содержащая один или несколько водоносных горизонтов и обеспечивающая напор в них, называется артезианским бассейном. В артезианском бассейне обычно выделяют область питания, область напора и в некоторых случаях область стока (разгрузки) напорных вод. Площади, занимаемые артезианскими бассейнами, колеблются в очень широких пределах.
При вскрытии кровли напорного водоносного горизонта буровой скважиной вода под гидростатическим давлением поднимается выше кровли водоносного пласта и иногда достигает поверхности земли или даже фонтанирует. В напорном водоносном горизонте, таким образом, выделяют геометрический уровень, совпадающий с нижней поверхностью водоупорной кровли водоносного слоя, и гидростатический, или пьезометрический уровень, совпадающий с уровнем подъема воды в скважинах. Напор в каждой точке водоносной породы измеряется высотой, на которую поднимается вода в скважине над нижней поверхностью водоупорной кровли при вскрытии водоносного пласта.
Вы смотрели: Подземные воды
Поделиться ссылкой в социальных сетях
Источник